基于激光雷达的水位检测方法、异物检测方法及系统

本发明涉及水位检测，特别涉及一种基于激光雷达的水位检测方法、异物检测方法及系统。

背景技术：

1、本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术，并不必然构成现有技术。

2、实时水位监测技术对海岸线的安全、海洋环境的研究和海洋工程建设等方面产生积极的影响。该技术可以保障海上交通安全，及时提供及时准确的波浪信息，帮助船只安全航行；可以进一步研究海洋生态、气候变化和海洋灾害等问题；通过激光雷达检测技术可以更加清晰地了解海洋环境，从而为海洋资源开发提供支持；对海域波浪高度分布进行精细化测量，为海上风电、海洋水利等海洋工程建设提供关键数据支持。

3、常见的浪高计包括压力式浪高计、激光测距式浪高计和微波式浪高计等，现有对水位实时监测的设备在复杂的水文环境中，如气候条件变化、潮汐涨落、风浪等因素的干扰下，其监测精度容易受到影响，常常无法满足高精度、高精度、高频率等应用要求，且以上设备无法对河道内的表面情况(如游泳、捕鱼等危险行为)进行监测。

4、激光雷达在高精度监测的同时对恶劣环境兼容性较好，受风浪、气泡、水的密度等影响较小，在测量物体时不受其颜色、形状的影响，因此可以应用于各种形状和颜色的物体检测和测量。能够多种环境下使用，例如光照不足、雨雪天气、灰尘或者其他粒子干扰等，可以利用激光雷达检测不到水面但是可以检测到其他介质的原理实现在进行实时水位监测的同时检测异物入侵行为。

5、但是，发明人发现，现有的激光雷达液位测试方式大多直接采用激光雷达获取点云数据，然后对点云数据进行分割以得到液面的点云数据，进而实现水位检测；这种检测方式需要较为复杂的点云数据处理算法，而且针对不同的环境条件，直接对点云数据进行分割处理的方案极易因采集到的点云数据差异而导致最终的水位检测结果不准确。

技术实现思路

1、为了解决现有技术的不足，本发明提供了一种基于激光雷达的水位检测方法、异物检测方法及系统，通过对激光雷达周边多个立柱的合理布局，在满足激光雷达水位检测精度需求的前提下，实现了全天候的水位检测，降低了环境因素对水位检测精度的影响，提高了水位检测结果的精度。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、第一方面，本发明提供了一种基于激光雷达的水位检测方法。

4、一种基于激光雷达的水位检测方法，激光雷达位于待检测水域的上方，激光雷达的周围布置多根立柱，包括以下过程：

5、根据获取到的各立柱上的激光雷达点云线数量变化，得到当前的水位，其中，各立柱的位置布置，包括：

6、获取激光雷达能够检测到水位的最低点与最高点，确定激光雷达周围的各个立柱与激光雷达的水平间距；

7、根据激光雷达的照射角度划分多个角度范围，按照角度范围进行立柱分组，对各个组内的立柱进行距离修正以使得组内各立柱满足预设水位检测精度；

8、对角度范围相邻的两个分组，倾角较大的分组中距离激光雷达最近的立柱与倾角较小的分组中距离激光雷达最远的立柱之间满足预设水位检测精度。

9、作为本发明第一方面进一步的限定，根据待检测水域历年水位最高值和最低值，结合激光雷达的水平线以下的照射角度，得到激光雷达能够检测到水位的最低点；

10、根据最近立柱与激光雷达的距离，结合激光雷达的邻激光束的角度差，得到激光雷达能够检测到水位的最高点。

11、作为本发明第一方面进一步的限定，对各个组内的立柱进行距离修正，包括：

12、确定水位最低值，结合预设水位检测精度以及立柱对应的照射角度，得到立柱与激光雷达的水平距离。

13、作为本发明第一方面进一步的限定，预设水位检测精度为：第n个立柱与其对应的照射角度的乘积，再与第n-1个立柱与其对应的照射角度的乘积的差值。

14、作为本发明第一方面进一步的限定，当水位高度值到达一定高度atan(θ/2)时，θ为激光雷达的总照射倾角，根据距离激光雷达最近的立柱辨别实时水位高度。

15、第二方面，本发明提供了一种基于激光雷达的水位检测系统。

16、一种基于激光雷达的水位检测系统，激光雷达位于待检测水域的上方，激光雷达的周围布置多根立柱，包括：

17、水位检测模块，被配置为：根据获取到的各立柱上的激光雷达点云线数量变化，得到当前的水位，其中，各立柱的位置布置，包括：

18、获取激光雷达能够检测到水位的最低点与最高点，确定激光雷达周围的各个立柱与激光雷达的水平间距；

19、根据激光雷达的照射角度划分多个角度范围，按照角度范围进行立柱分组，对各个组内的立柱进行距离修正以使得组内各立柱满足预设水位检测精度；

20、对角度范围相邻的两个分组，倾角较大的分组中距离激光雷达最近的立柱与倾角较小的分组中距离激光雷达最远的立柱之间满足预设水位检测精度。

21、第三方面，本发明提供了一种基于激光雷达的水面异物检测方法。

22、一种基于激光雷达的水面异物检测方法，包括以下过程：

23、根据本发明第一方面所述的基于激光雷达的水位检测方法得到当前激光雷达距离水面的距离；

24、根据激光雷达的最远检测距离以及当前激光雷达距离水面的距离，确定激光雷达的异物检测范围，根据检测范围内的激光雷达点云数据进行异物检测。

25、第四方面，本发明提供了一种基于激光雷达的水面异物检测系统。

26、一种基于激光雷达的水面异物检测系统，包括：

27、距离检测模块，被配置为：根据本发明第一方面所述的基于激光雷达的水位检测方法得到当前激光雷达距离水面的距离；

28、异物检测模块，被配置为：根据激光雷达的最远检测距离以及当前激光雷达距离水面的距离，确定激光雷达的异物检测范围，根据检测范围内的激光雷达点云数据进行异物检测。

29、第五方面，本发明提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有程序，该程序被处理器执行时实现如本发明第一方面所述的基于激光雷达的水位检测方法中的步骤；或者，该程序被处理器执行时实现如本发明第三方面所述的基于激光雷达的水面异物检测方法中的步骤。

30、第六方面，本发明提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的程序，所述处理器执行所述程序时实现如本发明第一方面所述的基于激光雷达的水位检测方法中的步骤；或者，所述处理器执行所述程序时实现如本发明第三方面所述的基于激光雷达的水面异物检测方法中的步骤。

31、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

32、1、本发明创新性的提出了一种基于激光雷达的水位检测方案，通过对激光雷达周边多个立柱的合理布局，在满足激光雷达水位检测精度需求的前提下，实现了全天候的水位检测，降低了环境因素对水位检测精度的影响，提高了水位检测结果的精度。

33、2、本发明创新性的提出了一种基于激光雷达的水位检测方案，对各个立柱进行分组，首先进行组内修正，然后进行相邻组的修正，以保证组内各立杆以及相邻组之间的立杆之间都满足检测精度要求，有效的避免了照射角度变化对检测精度的影响，在保证检测精度需求的前提下实现了对水位的连续检测。